JPH10120482A - 堆肥化促進方法及び堆肥化促進剤 - Google Patents

堆肥化促進方法及び堆肥化促進剤

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JPH10120482A
JPH10120482A JP29440196A JP29440196A JPH10120482A JP H10120482 A JPH10120482 A JP H10120482A JP 29440196 A JP29440196 A JP 29440196A JP 29440196 A JP29440196 A JP 29440196A JP H10120482 A JPH10120482 A JP H10120482A
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JP
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compost
xylanase
sawdust
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composting
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JP29440196A
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Takashi Nakashita
隆史 中下
Mamoru Ikeda
守 池田
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HOEI BUSSAN KK
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リグニン等の分解速度の遅い物資を含む堆肥
原料にキシラナーゼを添加し、通常より低温に保持する
期間を設定することでその分解を促進し、リグニン含量
も低下させることで団粒構造の細分化した良質の堆肥を
製造する堆肥化促進方法及び堆肥化促進剤を提供する。 【解決手段】 堆肥原料にキシラナーゼを混合し、発酵
条件も従来法とは変更することで、水分調整剤として利
用されるリグニン含量の高いおが屑・木片の堆肥化を促
進できる。更にそのキシラナーゼを耐熱性酵素にするこ
とにより堆肥内の高温環境でもキシラナーゼ活性を保持
し堆肥中のリグニン分解率を高め良質の堆肥を短期間に
製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は動物排泄物・生ゴ
ミと木片、おが屑等を原料とする堆肥およびその製造方
法に関する。特に繊維性の難分解物質を多く含む原料を
用いても従来と同様な良質な堆肥を短期間で熟成させる
方法に関する。本発明は農林水産廃棄物、工業廃棄物、
一般家庭廃棄物等に広く適用が可能な技術である。
【0002】
【従来の技術】動物排泄物や生ゴミには農業上利用価値
の高い肥料成分が多数含まれており、優良な有機肥料資
材といえる。しかし、生のままの使用した場合には環境
汚染や作物障害などの欠点があり施用には適さない。そ
こで堆肥等に加工する技術が必要である。
【0003】従来の堆肥作製技術としては、動物排泄物
・生ゴミと水分調節剤を混合し、堆積して発酵させ、適
時切り返してより均質な発酵を促進して堆肥を熟成させ
ている。中でも初発の水分含量の調整、適正発酵温度の
維持、堆積・切り返しによる通気性の確保等の管理が良
質な堆肥製造に必要不可欠な条件である。
【0004】水分含量は、動物排泄物の糞尿分離・予乾
処理や、水分調節剤としておが屑木片などの木質、ダン
ボール・新聞紙・パルプなど紙材、稲藁・麦藁などの農
産廃棄物、戻し堆肥、セラミック・発砲スチロールなど
の固形資材を動物排泄物・生ゴミと適量混合することに
より調製されるが特に水分吸着能、コストなどの点から
おが屑が良く使用される。しかしこのおが屑の欠点は成
分として堆肥発酵分解されにくいリグニンを多く含むこ
とであり、残存リグニンは堆肥の価値をめざましく低下
させている。
【0005】堆積は適度な高さを保つことで発酵熱を蓄
積できるが、通気性の維持の観点からは低い方が良く、
一般には50cmから3m程度である。切り返しは堆積
内部への酵素供給・堆肥の均質化のために行い、発酵を
阻害しない程度に適宜実施することで発酵期間を短縮す
ることができる。従来の堆積方式などでは切り返し作業
に手間がかかることから、最近は攪拌機を備えた堆肥舎
が増えている。
【0006】近年、各種廃棄物の処理方法の検討が進
み、特に環境への負荷を軽減する技術の開発が注目され
ている。堆肥作製技術は、原料としては従来廃棄される
ことの多かった農林水産廃棄物や産業廃棄物を用い、こ
れを堆肥という有用物質へ変換することで自然界へリサ
イクルできる環境に優しい技術である。
【0007】しかし、畜産では低コスト生産のため大規
模化が進みその排泄物も集中して大量に発生し環境負荷
が高まりつつあること、都市で生ゴミ処理に要する負担
が増加していること、水分調節剤として木片等の分解し
にくい資材の利用量を増やす必要性が増してきたことか
ら、従来の堆肥作製技術に対してより効率的な処理方法
の開発が嘱望されている。
【0008】これに対する技術として、堆肥原料中でタ
ンパク質・繊維の分解をより一層促進する各種菌剤の添
加、攪拌機を使用した高速発酵法が提案されている。
【0009】また従来の堆肥製造は、畜産糞尿集積物に
水分調整剤として畜産糞尿集積物内水分を減少させる目
的でおが屑を混入し畜産糞尿集積物内水分を減少させ一
定期間放置し糞尿集積物を自然発酵させ堆肥化するとい
う方法を採っていた。この糞尿集積物の堆肥化のきわめ
て特徴的なことはおが屑というリグニン含量の極めて高
い水分調整剤を使用することであり、このおが屑中リグ
ニンが自然の発酵では極めて分解されにくいため堆肥化
したときに未分解リグニンにより堆肥の品質悪化という
問題が存在していた。
【0010】従来のコンポスト化では特開平5−163
090に記載されたごとく繊維性固形有機廃棄物の集塊
に、水存在下で繊維分解酵素を混合し、繊維性固形有機
廃棄物が液化はしないがその剛性を減じる程度にまで作
用させた後、酵素供給下で保温、混合して好気発酵する
方法などが考案されたが通常の繊維分解酵素では堆肥中
の発酵温度が80度という高温環境であり反応温度が高
いために酵素が失活しリグニンを堆肥から減少させるこ
とができず通常の発酵期間内では品質の悪い堆肥しか製
造できず品質の良い堆肥を作るには長い期間自然発酵さ
せる必要があるという問題があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】大量の動物排泄物ある
いは生ゴミを堆肥化するには、水分調節剤もまた大量に
必要になる。多くの場合、おが屑・細断した木片が使用
されるが、最近はその形状が大きいものが主に流通する
ようになり、従来の堆肥製造法ではそれらが完全に分解
しきれずに形状が保持されたままの場合や堆肥の団粒が
堅く崩壊しにくい場合が多い。このようにして製造され
た堆肥は農地へ散布すると残存するおが屑・細木片が分
離し、また不十分な熟成のため堆肥中のリグニン含量が
下がらず作物への影響が懸念される。特にこの問題は堆
肥にする原料のリグニン含量が5%以上、おが屑あるい
は木片の含量が10%以上含有する場合に深刻な問題と
なっている。
【0012】本発明は、このように原料に分解速度の劣
るリグニン含量の高いおが屑・木片等を原料に使用して
も、従来と同様の期間で良質な堆肥を製造できる技術を
提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の従来
技術の欠点を改善すべく鋭意検討を行った結果、堆肥原
料にキシラナーゼを混合し、発酵条件も従来法とは変更
することで、近年流通するリグニン含量の高いおが屑・
木片を水分調整剤として利用しても良質の堆肥が製造で
きることを見いだし、更にそのキシラナーゼを耐熱性酵
素にすることにより堆肥内リグニン分解率を高めること
を見いだし本発明を完成するに至った。以下に本発明に
ついて詳細に説明する。
【0014】まず堆肥原料となる動物排泄物、生ゴミと
水分調節剤としてのおが屑・木片等を混合し、堆肥発酵
に適切な水分含量に調節する。この時、稲藁・麦藁など
の他の農林水産廃棄物、ダンボール・新聞紙・パルプ・
セラミック・発砲スチロール等の産業廃棄物や戻し堆肥
を適量混合しても良い。次にここにキシラナーゼを添加
し混合する。
【0015】本発明に用いるキシラナーゼとしては通常
の繊維分解酵素であるセルラーゼやヘミセルロースを分
解するヘミセルラーゼでは十分に有効ではなくキシラナ
ーゼが有効に用いられる。特にキシラナーゼ中でも中性
でアピセラーゼ活性が高いもの、特にアラピノキシラン
を分解してリグニンをセルロース繊維から効率よく分離
する活性が高いもの、またこれらの混合物がより有効に
利用できる。
【0016】本発明に使用できるキシラナーゼの例とし
ては、キシラナーゼの至適温度が50℃から100℃の
範囲内にあり、熱安定性が50℃、30分の処理で約9
0%以上の酵素活性を保持し、60℃、30分の処理で
も約50%以上の残存活性を示すキシラナーゼであれば
更に良く、その具体例としては、特開平8−22408
1記載の反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定
pH範囲は3〜9であり、キシランの1.4−β−D−
キシロシド結合を加水分解し、キシロオリゴ糖の還元糖
を生成するバチルス(Bacillus)属のバチルス
・エスビー2113又はバテルス・エスビー208及び
その亜種、その突然変異株及び遺伝子工学的手法による
改良株の培養物から採取される耐熱性キシラナーゼ。特
開平8−92284記載のBacillus720/1
株(LMG P−14798)、Bacillus p
umilus PRL B12及びBacillus
lichenlformis又はその菌株の誘導体又は
変異株に由来する、pH約5〜10の範囲及び約50〜
80℃の温度範囲にわたって活性であることを特徴とす
るキシラナーゼ。特開平6−261750記載の90℃
までの温度範囲で作用し、至適温度が65〜70℃付近
であるパチルスsp.SD902(微工研菌寄第133
56号)、その亜種、その突然変異株及び遺伝子工学的
手法による改良株から選んだ菌由来のキシラナーゼ。特
開平7−87970記載のThermomyces l
anuqinosusDSM5826及びその突然変異
体由来のキシラナーゼ。特開平7−67637記載のB
acillus pumilus PRL B12及び
その突然変異体及び変異体由来のキシラナーゼ及びアミ
ノ酸1〜200のアミノ酸配列(配列番号:24)から
本質的になる精製キシラナーゼ、及びパチラス・リケニ
フォルミスの形質転換株により生産されるキシラナー
ゼ。特開平7−150493記載のBacillus属
の細菌から生産されるキシラナーゼ。特開平5−209
385記載のバチルス リケニフォルミスがSD516
その亜種、その突然変異株及び遺伝子工学的手法による
改良株から選んだ菌由来のキシラナーゼ等がある。
【0017】本発明に使用できるキシラナーゼの市販さ
れている具体的な製品名としては、例えば洛東北成社製
「ナチュラーゼNT−250」やノボノルディクス社製
「バイオフィードプラス」などを挙げることができる。
ただし同様のキシラナーゼ活性を有するものであれば特
に限定されるものではない。
【0018】本発明のキシラナーゼは、堆肥中のリグニ
ンを減少させ堆肥化を促進する目的で通常のセルラー
ゼ、ヘミセルラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ等の効果
の異なる酵素と併用することもできる。
【0019】本発明に使用できる酵素は、堆肥中が約摂
氏70度という高温環境になるため高温安定性の良好な
物がより適しており、特にキシラナーゼの熱安定性が5
0℃、30分の処理で約90%以上の酵素活性を保持
し、60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性
を示すキシラナーゼであればより良い堆肥化促進効果が
得られる。
【0020】本発明の堆肥化促進方法及び堆肥化促進剤
で使用されるキシラナーゼ原体は粉末、粒剤、液体のい
ずれの形態でも使用できるが、酵素効果をより活かすた
めには堆肥原料中により均質に混合した方が良く、その
ためには堆肥原料に対して1/10000、より好まし
くは1/1000重量以上の酵素溶液を作製し、これを
徐々に振りかけ混合すると良い。あるいは堆肥攪拌機が
攪拌中に上部より適量添加すると均質に混ざり易い。こ
のとき使用されるキシラナーゼ原体の濃度は特に規定さ
れないが、速効的な効果を期待する場合はキシラナーゼ
原体1kg当たり1000力価以上持つ物が望ましい。
又本発明の堆肥化促進方法及び堆肥化促進剤で使用され
るキシラナーゼ原体は通常使用される炭酸カルシウム、
小麦粉等の増量剤等で希釈することもでき、油脂などで
コーティングする事もできる。
【0021】キシラナーゼを混合した堆肥原料は少なく
とも1日間、より好ましくは4日間は20〜70℃、よ
り好ましくは40〜60℃に維持する。そのためにはそ
のまま静置して放置するか、積み上げの高さを1m以
下、より好ましくは60cm以下にすると簡便に温度上
昇を抑えることができる。また酵素の混合を良くするた
めに攪拌機で1日に数回攪拌をしても良い。何れにして
も酵素が全体に行き渡り、70℃以上、好ましくは60
℃以上に温度が上昇しないことが重要である。
【0022】次に、このように処理した堆肥原料は通常
の堆肥製造工程に供することができる。増積方式で適宜
切り返しを行っても良いが、攪拌機を用いた攪拌方式を
用いればで堆肥発酵を促進させることもできる。尚この
時利用する堆肥原料のリグニン含量が5%以上、おが屑
あるいは木片の含量が10%以上含有する場合は、本発
明のより高い効果が期待できる。
【0023】発酵槽は解放型・密閉型・直線型・円行型
・円形型など何れの型も使用できる。この場合、積み上
げの高さを1m以下、好ましくは60cm以下にして3
〜7日間攪拌し、その後通常の積み上げ高さに戻して堆
肥発酵を進めれば、短期間で更に良質な堆肥を製造する
こともできる。
【0024】一般に堆肥原料の堆肥化は原料に混入した
微生物あるいは発酵促進のための外部から添加した資材
・微生物剤の働きにより進み、堆積方式の場合で2カ月
〜1年、攪拌方式の場合でも1カ月〜6カ月という長い
期間を要する。しかしおが屑木片を原料に用いた場合に
はこの長い期間発酵させても、分解が不十分となり原型
に近い形をとどめたものが多い。またそのために堆肥の
団粒構造が大きくなる傾向にあり農地散布用として適さ
ない。
【0025】上述のように、キシラナーゼを添加して堆
肥発酵を進めた堆肥はおが屑・木片がより細く分解され
て原型をとどめず、少なくとも7日後には堆肥原料中の
リグニン含量が2%以上減少しているために団粒構造が
細分化され崩壊し易い形状になっており農地散布用とし
ても好ましい。
【0026】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について述
べる。
【0027】〔実施例1〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を水分含量約65%になるまで混合し堆肥
原料約0.5m3 を調整した。これにノボノルディクス
社製「バイオフィードプラス」100gをすり鉢で粉砕
して水1lに懸濁した液をジョウロを用いて上部からな
るべく均一になるように振りかけ、堆肥原料を再び混合
した。これを約60cmに積み上げ、下部よりブロアで
空気を送り込みながらそのままの状態で3日間放置し
た。この時、最初の1日間は堆肥温度が20〜60℃の
間にあった。この堆肥はおが屑が崩壊し易くなってお
り、リグニン含量をP.J.Van Soestらの方
法に従い定量した結果、12.5%から9.0%に減少
していた。
【0028】〔実施例2〕実施例1の堆肥を約60cm
に積み上げ、ブロアで空気を送り込みながら7日間放置
した。堆肥の温度は20〜70℃の間にあった。おが屑
は形状をとどめず細分化していた。実施例1と同様にリ
グニン含量を定量した結果、7.0%に減少していた。
【0029】〔比較例1〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を混合し、水分含量約65%の堆肥原料
0.5m2 を調整した。これを約60cmに積み上げ、
下部よりブロアで空気を送り込みながらそのままの状態
で3日間放置した。この時、最初の1日間は堆肥温度が
20〜60℃の間にあった。この堆肥はおが屑が初期の
形状を保ち、実施例1と同様にリグニン含量を定量した
結果、12.5%から変化していなかった。
【0030】〔比較例2〕比較例1の堆肥を約60cm
に積み上げ、ブロアで空気を送り込みながら7日間放置
した。堆肥の温度は20〜70℃の間にあった。おが屑
は形状をとどめ、若干崩壊するに程度であった。実施例
1と同様にリグニン含量を定量した結果、12.2%で
あった。
【0031】〔比較例3〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を水分含量約65%になるまで混合し堆肥
原料3.0m3 を調整した。これを約1.5mに積み上
げ、下部よりブロアで空気を送り込みながらそのままの
状態で3日間放置した。この時、最初の1日目に堆肥温
度が72℃まで上昇し、2日目にはさらに87℃まで上
昇した。この堆肥はおが屑が初期の形状に近く、実施例
1と同様にリグニン含量を定量した結果、12.3%か
ら変化していなかった。
【0032】〔実施例3〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を水分含量約65%になるまで混合し堆肥
原料0.5m3 を調整した。またノボノルディクス社製
「バイオフィードプラス」50gと洛東北成社製「ナチ
ュラーゼNT−250」50gをすり鉢で粉砕して混合
し、これを水1lに懸濁した液をジョウロを用いて堆肥
原料上部からなるべく均一になるように振りかけ、堆肥
原料を再び混合した。これを約60cmに積み上げ、下
部よりブロアで空気を送り込みながらそのままの状態で
3日間放置した。この時、最初の1日間は堆肥温度が2
0〜60℃の間にあった。この堆肥はおが屑が崩壊し易
くなっており、実施例1と同様にリグニン含量を定量し
た結果、10.2%であった。
【0033】〔実施例4〕実施例3の堆肥を約60cm
に積み上げ、ブロアで空気を送り込みながら7日間放置
した。堆肥の温度は20〜70℃の間にあった。おが屑
は形状をとどめず細分化していた。実施例1と同様にリ
グニン含量を定量した結果、8.5%に減少していた。
【0034】〔実施例5〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を水分含量約65%になるまで混合し堆肥
原料約10m3 を調整した。またノボノルディクス社製
「バイオフィードプラス」250gと洛東北成社製「ナ
チュラーゼNT−250」250gをミキサーで粉砕し
て混合し、これを水10lに懸濁した液を作製した。堆
肥原料を自走式ドラム型攪拌機付きの堆肥舎に高さ50
〜60cmに積み上げ、攪拌機を運転しながら酵素懸濁
液を上部から少しづつ振りかけ混合した。下部よりブロ
アで空気を送り込みながらそのままの状態で3日間放置
した。この時、最初の1日間は堆肥温度が20〜60℃
の間にあった。この堆肥はおが屑が崩壊し易くなってお
り、実施例1と同様にリグニン含量を定量した結果、1
1.1%から8.9%に減少していた。
【0035】〔実施例6〕実施例5の堆肥を1日1回攪
拌機で攪拌し10日間放置した。この期間下部よりブロ
アで空気を送り込んだ。堆肥の温度は20〜70℃の間
にあった。おが屑は形状をとどめず細分化していた。実
施例1と同様にリグニン含量を定量した結果、3.5%
に減少していた。
【0036】〔実施例7〕公知の方法で製造した下記記
載の微生物培養液由来精製キシラナーゼ混合物80重量
%と、セルラーゼ酵素19重量%と、残りセルロース分
解菌より成る配合割合によって製造した堆肥化促進剤
を、炭酸カルシウムに混合分散させて希釈し、堆肥原料
に均一になるように振りかけた。 Bacillus sp.2113 Bacillus sp.208 Bacillus720/1株(LMG P−1479
8) Bacillus pumilus PRL B12 Bacillus licheniformis Bacillus sp. SD902 Thermomyces lanuqinosusDS
M5826 Bacillus pumilus PRL B12 Bacillus licheniformisSD5
16
【0037】〔実施例8〕鶏糞60%、牛糞40%の混
合物におが屑を水分含量約65%になるまで混合し堆肥
原料約10m3 を調整した。また実施例7で製造したキ
シラナーゼを含有する堆肥化促進剤と500gをミキサ
ーで混合し、水10lに懸濁した液を作製した。堆肥原
料を自走式ドラム型攪拌機付きの堆肥舎に高さ50〜6
0cmに積み上げ、攪拌機を運転しながら酵素懸濁液を
上部から少しづつ振りかけ混合した。下部よりブロアで
空気を送り込みながらそのままの状態で3日間放置し
た。この時、最初の1日間は堆肥温度が20〜60℃の
間にあった。この堆肥はおが屑が崩壊し易くなってお
り、実施例1と同様にリグニン含量を定量した結果、1
1.0%から8.1%に減少していた。
【0038】〔実施例9〕実施例8の堆肥を1日1回攪
拌機で攪拌し10日間放置した。この期間下部よりブロ
アで空気を送り込んだ。堆肥の温度は23〜75℃の間
にあった。おが屑は形状をとどめず細分化していた。実
施例1と同様にリグニン含量を定量した結果、2.9%
に減少していた。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、従来の堆肥製造法では
完全に分解しきれなかったおが屑・木片類が細分化さ
れ、堆肥の団粒構造も細分化され、リグニン含量も低下
することから農地散布用として好ましい堆肥が作製でき
る。このことは堆肥原料としておが屑・木片の利用率を
高めるので資源の有効利用につながり、また従来より堆
肥作製期間を短縮する効果ももたらすものである。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 堆肥製造工程において、キシラナーゼを
    添加することを特徴とする堆肥化促進方法。
  2. 【請求項2】 キシラナーゼが、堆肥製造工程において
    リグニン分解促進活性を有するキシラナーゼである請求
    項1記載の堆肥化促進方法。
  3. 【請求項3】 キシラナーゼの至適温度が50℃から1
    00℃の範囲内にある高温活性型キシラナーゼである請
    求項1若しくは2記載の堆肥化促進方法。
  4. 【請求項4】 キシラナーゼの熱安定性が50℃、30
    分の処理で約90%以上のキシラナーゼ活性を保持し、
    60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性を示
    すキシラナーゼである請求項1〜3のいずれかに記載の
    堆肥化促進方法。
  5. 【請求項5】 堆肥製造工程において請求項1〜4のい
    ずれかに記載のキシラナーゼと、該キシラナーゼ以外の
    酵素を含む酵素混合物を添加することを特徴とする堆肥
    化促進方法。
  6. 【請求項6】 キシラナーゼ添加から少なくとも1日を
    20〜60℃に保つことを特徴とする請求項1〜5のい
    ずれかに記載の堆肥化促進方法。
  7. 【請求項7】 処理前の堆肥原料がリグニンを5%以上
    含有する堆肥である請求項1〜5のいずれかに記載の堆
    肥化促進方法。
  8. 【請求項8】 堆肥製造に攪拌機を用いて堆肥化を促進
    する請求項1〜5のいずれかに記載の堆肥化促進方法。
  9. 【請求項9】 堆肥原料におが屑あるいは木片を少なく
    とも10重量%以上含む請求項1〜8のいずれかに記載
    の堆肥化促進方法。
  10. 【請求項10】 リグニン含量が堆肥原料よりも2重量
    %以上減少した堆肥となる請求項1〜9のいずれかに記
    載の堆肥化促進方法。
  11. 【請求項11】 キシラナーゼ酵素1〜80重量%、セ
    ルラーゼ酵素1〜19重量%と残部がセルロース分解菌
    からなることを特徴とする堆肥化促進剤。
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